JP6662578B2 - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明の一態様としての実施形態は、超音波プローブ及び超音波診断装置に関する。

医用分野では、超音波プローブの複数の振動子（圧電振動子）を用いて発生させた超音波を利用して、被検体内部を画像化する超音波診断装置が使用されている。超音波診断装置は、超音波診断装置に接続された超音波プローブから被検体内に超音波を送信させ、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる反射波を超音波プローブで受信させる。超音波診断装置は、超音波プローブで受信された反射波に基づく受信信号を生成し、画像処理によって所望の超音波画像を得る。

超音波プローブの構造の従来技術としては、プローブ本体の外周面に、プローブの軸に平行となるように複数の振動子が配置された第１振動子セットと、プローブの軸に直交する方向に沿って複数の振動子が配置された第２振動子セットとを備えた体腔内用の超音波プローブが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平２−３６８５４号公報

従来の超音波プローブによると、超音波プローブを軸中心として手動的に回動させることで第１振動子セットと第２振動子セットとの相互の切り替えが行なわれる。よって、操作者にとって手技中の回動操作が負担になっていた。

また、いずれかの振動子セットによるスキャン面に現れていた穿刺ターゲットを、切り替え後の他の振動子セットによるスキャン面に現れるように回動操作することは困難であった。

さらに、穿刺針をガイドするための穿刺アダプタを超音波プローブに取り付ける場合には、穿刺アダプタの位置を保持したまま、超音波プローブを回動可能とするために、超音波プローブと穿刺アダプタに回転支持機構を設けている。よって、操作者は超音波プローブの回動等の操作の影響で、穿刺アダプタの位置が変動しないように、穿刺アダプタの位置を保持する操作が負担になっていた。

本実施形態に係る超音波プローブは、上述した課題を解決するために、超音波プローブの軸の平行方向に複数の振動子が配置された第１振動子セットと、前記軸に略直交する面上に複数の振動子が配置された第２振動子セットと、前記第１振動子セット及び前記第２振動子セットを支持し、前記軸を中心として回動する回動部と、を備えた。また、超音波プローブに穿刺アダプタを装着する場合には、穿刺アダプタを超音波プローブの所定の位置に固定すればよい。

本実施形態に係る超音波診断装置は、上述した課題を解決するために、前記超音波プローブと、前記超音波プローブを介してスキャンを実行し、超音波画像を生成する画像生成手段と、前記超音波画像を表示部に表示させる表示手段と、前記第２振動子セットによるスキャンで生成された超音波画像上に穿刺ターゲットの位置が設定されると、前記穿刺ターゲットの位置に基づいて、前記第１振動子セットによるスキャン中心が前記穿刺ターゲットの位置となるように回動角を設定する回動角設定手段と、前記回動角に従って前記回動部の回動を制御する回転制御手段と、を有する。

本実施形態に係る超音波診断装置は、上述した課題を解決するために、超音波プローブの軸の平行方向に複数の振動子が配置された第１振動子セットと、前記軸に略直交する面上に複数の振動子が配置された第２振動子セットと、位置を検知するセンサと、を備えた超音波プローブと、前記超音波プローブを介してスキャンを実行し、超音波画像を生成する画像生成手段と、前記超音波画像を表示部に表示させる表示手段と、前記第２振動子セットによるスキャンで生成された超音波画像上に穿刺ターゲットの位置が設定されると、前記穿刺ターゲットの位置に基づいて、前記第１振動子セットによるスキャンによるスキャン面が前記穿刺ターゲットを含む場合の目標回動角を算出し、前記検知された位置に基づく前記超音波プローブの回動角が前記目標回動角に略一致する場合に報知を行なう手段と、を有する。

本実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置の構成を示す概略図。 第１実施形態に係る超音波プローブの第１の構造例を示す図。 第１実施形態に係る超音波プローブの第２の構造例を示す図。 第１実施形態に係る超音波プローブの第３の構造例を示す図。 第１実施形態に係る超音波診断装置の機能を示すブロック図。 第１実施形態に係る超音波診断装置の動作を示すフローチャート。 コンベックススキャンを説明するための図。 コンベックススキャンによる超音波画像の一例を示す図。 リニアスキャンを説明するための図。 リニアスキャンによる超音波画像の一例を示す図。 第２実施形態に係る超音波プローブの構造例を示す図。 リニアスキャンを説明するための図。 リニアスキャンによる超音波画像の一例を示す図。 コンベックススキャンを説明するための図。 コンベックススキャンによる超音波画像の一例を示す図。 第３実施形態に係る超音波プローブの構造例を示す図。

本実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置について、添付図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１は、第１実施形態に係る超音波診断装置１と、超音波診断装置１に備えられる第１実施形態に係る超音波プローブ１１及び装置本体１２とを示す。

超音波プローブ１１は、主に、直腸から挿入して内部臓器を画像化するのに適した体腔内用のものである。超音波プローブ１１は、装置本体１２による制御に従って、被検体に対して超音波の送受波を行なう。

図２は、第１実施形態に係る超音波プローブ１１の第１の構造例を示す図である。

図２の左側は、図２の右側に示す超音波プローブ１１のＩ−Ｉ断面（ｘ−ｙ断面）図を示し、図２の右側は、超音波プローブ１１を側方（ｙ−ｚ面）から見た図を示す。

超音波プローブ１１は、ハンドル部２１、プローブ本体（先端部）２２、及びケーブル２３によって構成される。ハンドル部２１は、スキャンの切り替え、すなわち、後述する回動軸２２ｄの回動を指示するための切り替えスイッチ２１ａを備える。なお、超音波プローブ１１は、後述する回動軸２２ｄの回動の回動角を示す、操作者によって視認可能な目盛を備えてもよい。

また、超音波プローブ１１は、穿刺針をガイドするための穿刺アダプタ２４を装着可能である。穿刺アダプタ２４の所定の位置には、穿刺針ガイド用の複数の貫通穴（孔）が形成される。

プローブ本体２２は、第１振動子セット２２ａ、第２振動子セット２２ｂ、回転支持体２２ｃ、回動軸（回動部）２２ｄ、回転駆動部（モータ）２２ｅ、音響窓２２ｆ、信号線２２ｇ、及び溶液層２２ｈを備える。第１振動子セット２２ａ及び第２振動子セット２２ｂによるスキャン方式は異なるものとする。

超音波プローブ１１の第２振動子セット２２ｂの、プローブ本体２２の軸の平行方向（ｚ方向）の中心位置は、第１振動子セット２２ａのｚ方向の中心位置と略一致する。また、ｚ方向の直交面（ｘ−ｙ断面）において、第１振動子セット２２ａのスキャン面と、第２振動子セット２２ｂの中心線とのなす角α（図７に図示）は平角（１８０°）であることが好適である。超音波プローブ１１が用いられる場合、ｚ方向に対して平行に穿刺針が進行するからである。

第１振動子セット２２ａは、ｚ方向に沿った列に複数の振動子（圧電振動子）が配置された構造をもつ。ｚ方向に沿った列は、１列であってもよいし、複数列であってもよい。各振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する機能を有する。第１振動子セット２２ａは、例えば、リニアアレイである。以下、第１振動子セット２２ａがリニアアレイである場合を例にとって説明する。

リニアアレイ２２ａにおいて複数の振動子が１〜３列程度配置されている場合、リニアアレイ２２ａの前面には超音波を配置方向（ｘ方向）に集束するためのレンズ材（図示しない）が備えられる。一方で、リニアアレイ２２ａにおいて複数の振動子が十分な列数だけ配置されている場合、超音波をｘ方向に集束するために電子フォーカスが利用される。

第２振動子セット２２ｂは、ｚ方向に略直交する面（ｘ−ｙ断面）上に複数の振動子が配置された構造をもつ。ｚ方向に略直交する面は、１面であってもよいし、複数面であってもよい。第２振動子セット２２ｂは、例えば、ｚ方向に略直交する面上であって、曲率半径が回動半径に略一致するような円周の一部分に、複数の振動子が配置されたコンベックスアレイである。以下、第２振動子セット２２ｂがコンベックスアレイである場合を例にとって説明する。

コンベックスアレイ２２ｂにおいて複数の振動子が１〜３面程度配置されている場合、コンベックスアレイ２２ｂの前面には超音波をｚ方向に集束するためのレンズ材（図示しない）が備えられる。一方で、コンベックスアレイ２２ｂにおいて複数の振動子が十分な面数だけ配置されている場合、超音波をｚ方向に集束するために電子フォーカスが利用される。

なお、アレイ２２ａ，２２ｂの後面にはそれぞれ、背面反射を防ぐためのバッキングを備えるものとするが説明を省略する。

回転支持体２２ｃは、ｘ−ｙ断面において、リニアアレイ２２ａのスキャン面と、コンベックスアレイ２２ｂの中心線とのなす角を一定に維持するようにアレイ２２ａ，２２ｂを支持する。

回動軸２２ｄは、回転支持体２２ｃ（アレイ２２ａ，２２ｂ）を支持し、回転駆動部２２ｅによってプローブ本体２２の軸を中心に回動する。すなわち、回動軸２２ｄは、プローブ本体２２の軸上に設けられる。

回転駆動部２２ｅは、切り替えスイッチ２１ａが押圧されると、装置本体１２から指示された回動角に従って回動軸２２ｄを軸中心に回動駆動させる。なお、回転駆動部２２ｅは、切り替えスイッチ２１ａが押圧されると、予め設定された一定の回動角に従って回動軸２２ｄを軸中心に回動駆動させてもよい。

音響窓２２ｆは、被検体に接触する筐体のうちプローブ本体２２の軸を中心とする円周の全部又は一部（送受信開口の部分）に設けられ、超音波を透過し易い材料が選択される。筐体は、その軸中心が回動軸２２ｄ（回動中心）と略一致し、リニアアレイ２２ａ、コンベックスアレイ２２ｂ、回転支持体２２ｃ、回動軸２２ｄ、回転駆動部２２ｅ、及び一部の信号線２２ｇを収容する。

信号線２２ｇは、アレイ２２ａ，２２ｂの各振動子に接続される。信号線２２ｇは、例えばバッキング（図示しない）内を通ってケーブル２３に引き出されるが、引き出された信号線２２ｇやその信号線２２ｇが接続される基板などの図示及び説明は省略する。

溶液層２２ｈは、プローブ本体２２内部に設けられ、超音波信号を伝達し易い液体又は流動性物体（音響媒体）が充填される層である。

ケーブル２３は、プローブ本体２２を送受信回路３６の送信回路３６１及び受信回路３６２に接続する。

図３は、第１実施形態に係る超音波プローブ１１の第２の構造例を示す図である。

図３の左側は、図３の右側に示す超音波プローブ１１のＩＩ−ＩＩ断面（ｘ−ｙ断面）図を示し、図３の右側は、超音波プローブ１１を側方（ｙ−ｚ面）から見た図を示す。

図３に示す超音波プローブ１１は、コンベックスアレイ２２ｂのｚ方向の中心位置が、リニアアレイ２２ａのｚ方向の中心位置より先端側にずれた構造を有する。

図３に示す超音波プローブ１１によれば、操作者がコンベックスアレイ２２ｂを使ったコンベックススキャンによる超音波画像を確認しながら穿刺針を臓器、例えば前立腺に向かって進める手技を手厚く支援できる。よって、図３に示す超音波プローブ１１によれば、前立腺への挿入の精度を向上させることができる。

また、コンベックスアレイ２２ｂから超音波プローブ１１の先端までの距離を比較的短くできるため、被検体内への超音波プローブ１１の挿入量を少なくすることもできる。

図４は、第１実施形態に係る超音波プローブ１１の第３の構造例を示す図である。

図４の左側は、図４の右側に示す超音波プローブ１１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面（ｘ−ｙ断面）図を示し、図４の右側は、超音波プローブ１１を側方（ｙ−ｚ面）から見た図を示す。

図４に示す超音波プローブ１１は、コンベックスアレイ２２ｂのｚ方向の中心位置が、リニアアレイ２２ａのｚ方向の中心位置よりハンドル部２１側にずれた構造を有する。

図４に示す超音波プローブ１１によれば、コンベックスアレイ２２ｂと穿刺アダプタ２４との距離を短くできる。よって、図４に示す超音波プローブ１１によれば、穿刺ターゲットが被検体内の浅い位置にある場合に、穿刺ターゲットへの穿刺の精度を向上させることができる。

なお、超音波プローブ１１は、コンベックスアレイ２２ｂが、リニアアレイ２２ａに対してｚ方向にスライド可能な構造を有してもよい。その場合、図２〜図４に示すコンベックスアレイ２２ｂの配置を任意に選択できる。

図１の説明に戻って、装置本体１２は、処理回路（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）３１、記憶回路（記憶部）３２、入力回路（入力部）３３、ディスプレイ（表示部）３４、基準信号発生回路３５、送受信回路３６、エコーデータ処理回路３７、及び画像生成回路３８を備える。

処理回路３１は、専用又は汎用のＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）又はＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｕｎｉｔ）の他、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、及び、プログラマブル論理デバイスなどを意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：ｓｉｍｐｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：ｃｏｍｐｌｅｘ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）などが挙げられる。処理回路３１は記憶回路３２に記憶された、又は、処理回路３１内に直接組み込まれたプログラムを読み出し実行することで図５に示す機能３１１〜３１４を実現する。

また、処理回路３１は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路を組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、プログラムを記憶する記憶回路３２は処理回路３１ごとに個別に設けられてもよいし、単一の記憶回路３２が複数の回路（処理回路）の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。

記憶回路３２は、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。記憶回路３２は、ＵＳＢ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）メモリ及びＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｄｉｓｋ））などの可搬型メディアによって構成されてもよい。記憶回路３２は、処理回路３１において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータや、医用画像を記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ３４への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力回路３３によって行なうことができるＧＵＩ（ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を含めることもできる。

入力回路３３は、操作者によって操作が可能なポインティングデバイス（マウス等）やキーボード等の入力デバイスからの信号を入力する回路であり、ここでは、入力デバイス自体も入力回路３３に含まれるものとする。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路３３はその操作に応じた入力信号を生成して処理回路３１に出力する。なお、装置本体１２は、入力デバイスがディスプレイ３４と一体に構成されたタッチパネルを備えてもよい。

ディスプレイ３４は、液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、処理回路３１の制御に従って画像生成回路３８によって生成された画像データを表示する。

基準信号発生回路３５は、処理回路３１からの制御信号に従って、送受信回路３６に対して、例えば、超音波パルスの中心周波数とほぼ等しい周波数の連続波又は矩形波を発生する。

送受信回路３６は、処理回路３１からの制御信号に従って、超音波プローブ１１に対して送受信を行なわせる。送受信回路３６は、超音波プローブ１１から送信超音波を放射させるための駆動信号を生成する送信回路３６１と、超音波プローブ１１からの受信信号に対して整相加算を行なう受信回路３６２を備える。

送信回路３６１は、図示しない、レートパルス発生器、送信遅延回路、及びパルサを備える。レートパルス発生器は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを、基準信号発生回路３５から供給される連続波又は矩形波を分周することによって生成し、このレートパルスを送信遅延回路に供給する。送信遅延回路は、送信に使用される振動子と同数（Ｎチャンネル）の独立な遅延回路から構成されており、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに送信超音波を集束するための遅延時間と所定の方向に送信超音波を放射するための遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスをパルサに供給する。パルサは、Ｎチャンネルの独立な駆動回路を有し、超音波プローブ１１に内蔵された振動子を駆動するための駆動パルスを前記レートパルスに基づいて生成する。

送受信回路３６の受信回路３６２は、図示しないプリアンプ、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路、受信遅延回路、及び加算回路を備える。プリアンプは、Ｎチャンネルから構成され、振動子によって電気的な受信信号に変換された微小信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保する。プリアンプにおいて所定の大きさに増幅されたＮチャンネルの受信信号は、Ａ／Ｄ変換回路にてデジタル信号に変換され、受信遅延回路に送られる。受信遅延回路は、所定の深さからの超音波反射波を集束するための集束用遅延時間と、所定方向に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間をＡ／Ｄ変換回路から出力されるＮチャンネルの受信信号の各々に与える。加算回路は、受信遅延回路からの受信信号を整相加算（所定の方向から得られた受信信号の位相を合わせて加算）する。

エコーデータ処理回路３７は、処理回路３１からの制御信号に従って、受信回路３６２から入力されたエコーデータに対して、超音波画像を生成するための処理を行なう。例えば、エコーデータ処理回路３７は、対数圧縮処理及び包絡線検波処理等のＢモード処理や、直交検波処理及びフィルタ処理等のドプラ（ｄｏｐｐｌｅｒ）処理などを行なう。

画像生成回路３８は、処理回路３１からの制御信号に従って、エコーデータ処理回路３７から入力されたデータを、スキャンコンバータ（ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって走査変換して超音波画像データを生成する。そして、画像生成回路３８は、超音波画像データに基づく超音波画像をディスプレイ３４に表示させる。超音波画像は、例えばＢモード画像やカラードプラ画像である。

続いて、第１実施形態に係る超音波診断装置１の機能について説明する。

図５は、第１実施形態に係る超音波診断装置１の機能を示すブロック図である。

処理回路３１がプログラムを実行することによって、超音波診断装置１は、コンベックススキャン実行機能３１１、回動角決定機能３１２、リニアスキャン実行機能３１３、及びスキャン方式切り替え機能３１４として機能する。なお、機能３１１〜３１４がソフトウェア的に機能する場合を例に挙げて説明するが、それら機能３１１〜３１４の一部又は全部は、超音波診断装置１にハードウェア的にそれぞれ設けられるものであってもよい。

コンベックススキャン実行機能３１１は、超音波プローブ１１のコンベックスアレイ２２ｂを制御して、コンベックススキャンを実行させる機能である。操作者が超音波画像上で穿刺針の臓器、例えば前立腺への挿入位置を確認できるようにコンベックススキャンが実行される。コンベックススキャンによる超音波画像は、図８に示される。

回動角決定機能３１２は、コンベックススキャン実行機能３１１による超音波画像上で設定される穿刺ターゲットの位置に基づいて、スキャン方式切り替え機能３１４によるスキャン方式の切り替えにおける回動角を決定する機能である。

リニアスキャン実行機能３１３は、超音波プローブ１１のリニアアレイ２２ａを制御して、リニアスキャンを実行させる機能である。操作者が穿刺針の側方から見た超音波画像上で穿刺ターゲット及び穿刺針を確認できるようにリニアスキャンが実行される。リニアスキャンによる超音波画像は、図１０に示される。

スキャン方式切り替え機能３１４は、コンベックススキャン実行機能３１１によるコンベックススキャンの実行中に超音波プローブ１１の切り替えスイッチ２１ａが押圧されると、回動角決定機能３１２によって決定された回動角に従って回動軸２２ｄが回動（正方向に回転）するように回動駆動部２２ｅを制御する機能と、スキャン方式をコンベックススキャンからリニアスキャンに切り替える機能とを含む。また、スキャン方式切り替え機能３１４は、リニアスキャン実行機能３１３によるリニアスキャンの実行中に超音波プローブ１１の切り替えスイッチ２１ａが押圧されると、回動角決定機能３１２によって決定された回動角に従って回動軸２２ｄが回動（負方向に回転）するように回動駆動部２２ｅを制御する機能と、スキャン方式をリニアスキャンからコンベックススキャンに切り替える機能とを含む。

例えば、回動軸２２ｄ（アレイ２２ａ，２２ｂ）が、３個の穿刺ターゲットに対して穿刺を繰り返す場合を考える。その場合、スキャン方式切り替え機能３１４は、１個目の穿刺ターゲットに対する穿刺において回動軸２２ｄを第１の回動角θ１だけ正方向に回転させた後に回動軸２２ｄを同じ第１の回動角θ１だけ負方向に回転させる。スキャン方式切り替え機能３１４は、続く２個目の穿刺ターゲットに対する穿刺において回動軸２２ｄを第２の回動角θ２だけ正方向に回転させた後に回動軸２２ｄを第２の回動角θ２だけ負方向に回転させる。スキャン方式切り替え機能３１４は、続く３個目の穿刺ターゲットに対する穿刺において回動軸２２ｄを第３の回動角θ３だけ正方向に回転させた後に回動軸２２ｄを第３の回動角θ３だけ負方向に回転させることになる。

ここで、回動角決定機能３１２は超音波診断装置１に必須の機能ではない。回動角決定機能３１２が無い場合、コンベックススキャン実行機能３１１によるコンベックススキャンの実行中に超音波プローブ１１の切り替えスイッチ２１ａが押圧されると、予め設定された一定の回動角に従って回動軸２２ｄが回動（正方向に回転）される。また、回動角決定機能３１２が無い場合、リニアスキャン実行機能３１３によるリニアスキャンの実行中に超音波プローブ１１の切り替えスイッチ２１ａが押圧されると、予め設定された一定の回動角に従って回動軸２２ｄが回動（負方向に回転）される。

例えば、回動角決定機能３１２が無い場合に、回動軸２２ｄ（アレイ２２ａ，２２ｂ）が、３個の穿刺ターゲットに対して穿刺を繰り返す場合を考える。その場合、回動軸２２ｄの回動角θが、予め設定されたなす角α（図７に図示）とされ、１個目の穿刺ターゲットに対する穿刺において回動軸２２ｄは回動角αだけ正方向に回転された後に同じ回動角αだけ負方向に回転される。続く２個目の穿刺ターゲットに対する穿刺において回動軸２２ｄは同じ回動角αだけ正方向に回転された後に同じ回動角αだけ負方向に回転される。続く３個目の穿刺ターゲットに対する穿刺において回動軸２２ｄは同じ回動角αだけ正方向に回転された後に同じ回動角αだけ負方向に回転される。

続いて、第１実施形態に係る超音波診断装置１の動作について、図１及び図６を用いて説明する。

図６は、第１実施形態に係る超音波診断装置１の動作を示すフローチャートである。

超音波診断装置１は、入力回路３３を介してスキャンの開始入力がなされると、超音波プローブ１１のスキャン方式がコンベックススキャンとなるようにコンベックスアレイ２２ｂの位置がセットされる（ステップＳＴ１）。

超音波診断装置１は、操作者が超音波画像上で穿刺針の臓器、例えば前立腺への挿入位置を確認できるように、超音波プローブ１１のコンベックスアレイ２２ｂを制御してコンベックススキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。超音波診断装置１は、ステップＳＴ２によって開始されたコンベックススキャンによる超音波画像上で穿刺ターゲットを設定する（ステップＳＴ３）。

図７は、コンベックススキャンを説明するための図である。図８は、コンベックススキャンによる超音波画像の一例を示す図である。

図７は、臓器としての前立腺Ｐと、前立腺Ｐに含まれる関心部位Ｂとを示す。前立腺Ｐに対してコンベックススキャンが実行されると、図８に示すｘ−ｙ断面の超音波画像が得られる。図８に示す超音波画像は、図７に示す前立腺Ｐに相当する前立腺像ＩＰと、関心部位Ｂに相当する関心部位像ＩＢと、穿刺ターゲットＩＴとを含む。

ここで、穿刺ターゲットＩＴは、操作者によって関心部位像ＩＢ上に設定されてもよいし、予め決定され超音波画像に合成された複数の穿刺ターゲットの候補の中から選択された候補の位置が穿刺ターゲットの位置として設定されてもよい。その場合、コンベックススキャンで生成された超音波画像であって、穿刺アダプタ２４（図２〜図４に図示）における穿刺針ガイド用の複数の貫通穴の位置に対応する位置に、複数の穿刺ターゲットの候補が合成される。

操作者は、図８に示す略リアルタイムの超音波画像を目視しながら穿刺針Ｎを進めることができる。

また、コンベックススキャンによる超音波画像に、リニアスキャンによるスキャン面のマーカが合成されてもよい。図８では当該マーカが破線で示される。

図１及び図６の説明に戻って、超音波診断装置１は、コンベックススキャンによる超音波画像上で設定された穿刺ターゲットの位置に基づいて、スキャン方式の切り替えにおける回動角を決定する（ステップＳＴ４）。超音波診断装置１は、切り替えスイッチ２１ａ（図２〜図４に図示）を介してスキャン方式がコンベックススキャンからリニアスキャンに切り替えられたか否かを判断する（ステップＳＴ５）。

ステップＳＴ５にてＹＥＳ、すなわち、スキャン方式がコンベックススキャンからリニアスキャンに切り替えられたと判断される場合、超音波診断装置１は、コンベックススキャンを終了させ、ステップＳＴ４によって決定された回動角に従って回動軸２２ｄを回動（正方向に回転）させる（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ６による回動の回動角は、リニアスキャンによるスキャン中心がステップＳＴ３によって設定された穿刺ターゲットの位置となるように決定される。

超音波診断装置１は、操作者が穿刺針の側方から見た超音波画像上で穿刺ターゲット及び穿刺針を確認できるように、超音波プローブ１１のリニアアレイ２２ａを制御してリニアスキャンを開始させる（ステップＳＴ７）。

図９は、リニアスキャンを説明するための図である。図１０は、リニアスキャンによる超音波画像の一例を示す図である。

図９は、図７に示すアレイ２２ａ，２２ｂが回動軸２２ｄの軸を中心として回動角θだけ回動した状態を示す。図９は、臓器としての前立腺Ｐと、前立腺Ｐに含まれる関心部位Ｂとを示す。前立腺Ｐに対してリニアスキャンが実行されると、図１０に示すｙ−ｚ断面の超音波画像が得られる。図１０に示す超音波画像は、図９に示す前立腺Ｐに相当する前立腺像ＩＰと、関心部位Ｂに相当する関心部位像ＩＢと、穿刺ターゲットＩＴと、穿刺針ＩＮとを含む。

操作者は、図１０に示す略リアルタイムの超音波画像を目視しながら穿刺針Ｎを進めることができる。

図１及び図６の説明に戻って、超音波診断装置１は、切り替えスイッチ２１ａ（図２〜図４に図示）を介してスキャン方式がリニアスキャンからコンベックススキャンに切り替えられたか否かを判断する（ステップＳＴ８）。

ステップＳＴ８にてＹＥＳ、すなわち、スキャン方式がリニアスキャンからコンベックススキャンに切り替えられたと判断される場合、超音波診断装置１は、リニアスキャンを終了させ、ステップＳＴ４によって決定された回動角（又は、予め設定された一定の回動角）に従って回動軸２２ｄを回動（負方向に回転）させる（ステップＳＴ９）。超音波診断装置１は、超音波プローブ１１のコンベックスアレイ２２ｂを制御してコンベックススキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。

超音波診断装置１は、超音波プローブ１１のリニアアレイ２２ａを制御してリニアスキャンを開始させる（ステップＳＴ７）。超音波プローブ１１のコンベックスアレイ２２ｂを制御してコンベックススキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。

一方、ステップＳＴ５にてＮＯ、すなわち、スキャン方式がコンベックススキャンからリニアスキャンに切り替えられていないと判断される場合、超音波診断装置１は、スキャンの終了指示を受け付けたか否かを判断する（ステップＳＴ１０）。ステップＳＴ１０の判断にてＹＥＳ、すなわち、スキャンの終了指示を受け付けたと判断される場合、超音波診断装置１は、スキャンを終了する。一方、ステップＳＴ１０の判断にてＮＯ、すなわち、スキャンの終了指示を受け付けていないと判断される場合、超音波診断装置１は、ステップＳＴ５の判断に戻る。

また、ステップＳＴ８にてＮＯ、すなわち、スキャン方式がリニアスキャンからコンベックススキャンに切り替られていないと判断される場合、超音波診断装置１は、スキャンの終了指示を受け付けたか否かを判断する（ステップＳＴ１１）。ステップＳＴ１１の判断にてＹＥＳ、すなわち、スキャンの終了指示を受け付けたと判断される場合、超音波診断装置１は、スキャンを終了する。一方、ステップＳＴ１１の判断にてＮＯ、すなわち、スキャンの終了指示を受け付けていないと判断される場合、超音波診断装置１は、ステップＳＴ８の判断に戻る。

例えば、超音波診断装置１が３個の穿刺ターゲット（３個の回動角θ１〜θ３）について図６に示すステップＳＴ２〜ＳＴ９の動作を繰り返す場合を考える。その場合、超音波診断装置１は、１周期目のステップＳＴ６で回動軸２２ｄ（アレイ２２ａ，２２ｂ）を第１の回動角θ１だけ正方向に回転させた後にステップＳＴ９で回動軸２２ｄを第１の回動角θ１だけ負方向に回転させる。超音波診断装置１は、続く２周期目のステップＳＴ６で回動軸２２ｄを第２の回動角θ２だけ正方向に回転させた後にステップＳＴ９で回動軸２２ｄを第２の回動角θ２だけ負方向に回転させる。超音波診断装置１は、続く３周期目のステップＳＴ６で回動軸２２ｄを第３の回動角θ３だけ正方向に回転させた後にステップＳＴ９で回動軸２２ｄを第３の回動角θ３だけ負方向に回転させる。

第１実施形態に係る超音波診断装置１によると、第１振動子セット２２ａと第２振動子セット２２ｂとの相互の切り替えが自動的に行なわれるので、回動操作を行なう操作者の操作性を向上させることができる。

また、第１実施形態に係る超音波診断装置１によると、いずれかの振動子セットによるスキャン面に現れていた穿刺ターゲットを、切り替え後の他の振動子セットによるスキャン面に現すことができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置の構成は、図１に示す第１実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置の構成と同等であるので、図示及び説明を省略する。

図１１は、第２実施形態に係る超音波プローブの構造例を示す図である。

図１１は、第２実施形態に係る超音波プローブ１１Ａを示す。超音波プローブ１１Ａは、体表用プローブである。超音波プローブ１１Ａは、装置本体１２による制御に従って、被検体に対して超音波の送受波を行なう。

図１１の左側は、図１１の右側に示す超音波プローブ１１ＡのＩＶ−ＩＶ断面（ｘ−ｙ断面）図を示し、図１１の右側は、超音波プローブ１１Ａを側方（ｙ−ｚ面）から見た図を示す。

超音波プローブ１１Ａは、ハンドル部２１、プローブ本体（先端部）２２Ａ、及びケーブル２３によって構成される。

また、超音波プローブ１１Ａは、穿刺針をガイドするための穿刺アダプタ２４Ａを装着可能である。穿刺アダプタ２４Ａの所定の位置には、穿刺針ガイド用の貫通穴（孔）が形成される。

プローブ本体２２Ａは、回転支持体２２ｃ、回動軸２２ｄ、音響窓（図示しない）、信号線２２ｇ、溶液層２２ｈ、第１振動子セット２２ｊ、第２振動子セット２２ｋ、及び回転駆動部（電磁石）２２ｌを備える。第１振動子セット２２ｊ及び第２振動子セット２２ｋによるスキャン方式は異なるものとする。

なお、図１１に示す超音波プローブ１１Ａにおいて、図２に示す超音波プローブ１１と同一の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。

超音波プローブ１１Ａの第２振動子セット２２ｋの、プローブ本体２２Ａの軸の直交方向（ｚ方向）の中心位置は、第１振動子セット２２ｊのｚ方向の中心位置と略一致する。また、ｚ方向の直交面（ｘ−ｙ断面）において、第１振動子セット２２ｊのスキャン面と、第２振動子セット２２ｋの中心線とのなす角（図１２に図示するβ）は１８０°以下であることが好適である。超音波プローブ１１Ａが用いられる場合、ｚ方向に対して平行ではなく斜めに穿刺針が進行するからである。

第１振動子セット２２ｊは、ｚ方向に沿った列に複数の振動子が配置された構造をもつ。ｚ方向に沿った列は、１列であってもよいし、複数列であってもよい。各振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、又、受信時には超音波反射波を電気信号に変換する機能を有する。第１振動子セット２２ｊは、例えば、リニアアレイである。以下、第１振動子セット２２ｊがリニアアレイである場合を例にとって説明する。

リニアアレイ２２ｊにおいて複数の振動子が１〜３列程度配置されている場合、リニアアレイ２２ｊの前面には超音波をｘ方向に集束するためのレンズ材（図示しない）が備えられる。一方で、リニアアレイ２２ｊにおいて複数の振動子が十分な列数だけ配置されている場合、超音波をｘ方向に集束するために電子フォーカスが利用される。

第２振動子セット２２ｋは、ｚ方向に略直交する面（ｘ−ｙ断面）上に複数の振動子が配置された構造をもつ。ｚ方向に略直交する面は、１面であってもよいし、複数面であってもよい。第２振動子セット２２ｋは、例えば、ｚ方向に略直交する面上であって、曲率半径が回動半径に略一致するような円周の一部分に、複数の振動子が配置されたコンベックスアレイである。以下、第２振動子セット２２ｋがコンベックスアレイである場合を例にとって説明する。

コンベックスアレイ２２ｋにおいて複数の振動子が１〜３面程度配置されている場合、コンベックスアレイ２２ｋの前面には超音波をｚ方向に集束するためのレンズ材（図示しない）が備えられる。一方で、コンベックスアレイ２２ｋにおいて複数の振動子が十分な面数だけ配置されている場合、超音波をｚ方向に集束するために電子フォーカスが利用される。

なお、アレイ２２ｊ，２２ｋの後面にはそれぞれ、背面反射を防ぐためのバッキングを備えるものとするが説明を省略する。

回転駆動部２２ｌは、切り替えスイッチ２１ａが押圧されると、装置本体１２から指示された回動角に従って回動軸２２ｄを軸中心に回動させる。なお、回転駆動部２２ｌは、切り替えスイッチ２１ａが押圧されると、予め設定された一定の回動角に従って回動軸２２ｄを軸中心に回動させてもよい。

第２実施形態に係る超音波診断装置１Ａの機能は、図５に示す第１実施形態に係る超音波診断装置１の機能と同等であるので説明を省略する。また、第２実施形態に係る超音波診断装置１Ａの動作は、図６に示す第１実施形態に係る超音波診断装置１の動作と同等であるので説明を省略する。

図１２は、リニアスキャンを説明するための図である。図１３は、リニアスキャンによる超音波画像の一例を示す図である。

図１２は、関心部位Ｂを示す。体表からリニアスキャンが実行されると、図１３に示すｙ−ｚ断面の超音波画像が得られる。図１３に示す超音波画像は、図１２に示す関心部位Ｂに相当する関心部位像ＩＢを含む。操作者は、図１３に示す略リアルタイムの超音波画像を目視しながら穿刺針Ｎを進めることができる。

また、リニアスキャンによる超音波画像に、コンベックススキャンによるスキャン面のマーカが合成されてもよい。図１３では当該マーカが破線で示される。

図１４は、コンベックススキャンを説明するための図である。図１５は、コンベックススキャンによる超音波画像の一例を示す図である。

図１４は、図１２に示すアレイ２２ｊ，２２ｋが回動軸２２ｄの軸を中心として回動角θだけ回動した状態を示す。図１４は、関心部位Ｂを示す。体表からリニアスキャンが実行されると、図１５に示すｘ−ｙ断面の超音波画像が得られる。図１５に示す超音波画像は、図１４に示す関心部位Ｂに相当する関心部位像ＩＢと、穿刺針ＩＮとを含む。操作者は、図１５に示す略リアルタイムの超音波画像を目視しながら穿刺針Ｎを進めることができる。

第２実施形態に係る超音波診断装置１Ａによると、第１振動子セット２２ｊと第２振動子セット２２ｋとの相互の切り替えが自動的に行なわれるので、回動操作を行なう操作者の操作性を向上させることができる。

また、第２実施形態に係る超音波診断装置１Ａによると、いずれかの振動子セットによるスキャン面に現れていた穿刺ターゲットを、切り替え後の他の振動子セットによるスキャン面に現すことができる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置の構成は、図１に示す第１実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置の構成と同等であるので、図示及び説明を省略する。

図１６は、第３実施形態に係る超音波プローブの構造例を示す図である。

図１６は、第３実施形態に係る超音波プローブ１１Ｂを示す。超音波プローブ１１Ｂは、主に、直腸から挿入して内部臓器を画像化するのに適した体腔内用のものである。超音波プローブ１１Ｂは、装置本体１２による制御に従って、被検体に対して超音波の送受波を行なう。

図１６の左側は、図１６の右側に示す超音波プローブ１１ＢのＶ−Ｖ断面（ｘ−ｙ断面）図を示し、図１６の右側は、超音波プローブ１１Ｂを側（ｙ−ｚ面）から見た図を示す。

超音波プローブ１１Ｂは、ハンドル部２１、プローブ本体（先端部）２２Ｂ、及びケーブル２３によって構成される。

また、超音波プローブ１１Ｂは、穿刺針をガイドするための穿刺アダプタ２４を装着可能である。穿刺アダプタ２４の所定の位置には、穿刺針ガイド用の複数の貫通穴（孔）が形成される。超音波プローブ１１Ｂは、超音波プローブ１１Ｂの位置と、超音波プローブ１１Ｂの軸の向きと、超音波プローブ１１Ｂの回動角とを測定する２個の位置センサ（磁気センサ）Ｍを装着可能である。

プローブ本体２２Ｂは、第１振動子セット２２ａ、第２振動子セット２２ｂ、信号線２２ｇ、溶液層２２ｈ、及び音響窓２２ｍを備える。第１振動子セット２２ａ及び第２振動子セット２２ｂによるスキャン方式は異なるものとする。

なお、図１６に示す超音波プローブ１１Ｂにおいて、図２に示す超音波プローブ１１と同一の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。

音響窓２２ｍは、被検体と直接接触する筐体のうちプローブ本体２２Ｂの軸を中心とする円周の全部又は一部（送受信開口の部分）に設けられ、超音波を透過し易い材料が選択される。筐体は、リニアアレイ２２ａ、コンベックスアレイ２２ｂ、及び一部の信号線２２ｇを収容する。

超音波診断装置１Ｂは、操作者によってスキャン方式の切り替えるための回動操作が手動的に行なわれる場合に、切り替え前のスキャン方式による超音波画像上で設定された穿刺ターゲットＩＴ（図８に図示）の位置を含むように切り替え後のスキャン方式によるスキャン面を誘導するものである。切り替え後のスキャン方式によるスキャン面が穿刺ターゲットＩＴの位置を含む場合に、超音波診断装置１Ｂは、その旨の報知（表示及び音声のうち少なくとも一方）を行なう。

超音波診断装置１Ｂに近接して送信器（磁気トランスミッタ）が配置される。送信器からは、３次元方向の磁場が時間的に切り替えられて放射され、それに同期して位置センサＭが３次元座標を検知することで、超音波診断装置１Ｂは、超音波プローブ１１Ｂの回動角を測定する。

超音波診断装置１Ｂは、コンベックススキャンによる超音波画像上に設定された穿刺ターゲットＩＴ（図８に図示）の空間的な位置を算出できるので、リニアスキャンによるスキャン面が穿刺ターゲットＩＴを含む場合の目標回動角を算出することができる。そして、超音波診断装置１Ｂは、回動操作による超音波プローブ１１Ｂの測定回動角が目標回動角に略一致する場合に報知を行なうことができる。

なお、超音波診断装置１Ｂは、位置センサＭが３次元座標を検知することで、超音波プローブ１１Ｂの空間的な位置と、超音波プローブ１１Ｂの軸の向きとを測定することもできる。その場合、超音波プローブ１１Ｂの回動操作中に超音波プローブ１１Ｂの位置や超音波プローブ１１Ｂの軸の向きが変化すると、超音波プローブ１１Ｂの測定位置や超音波プローブ１１Ｂの軸の測定向きが変化するが、それらの変化をも総合評価して、リニアスキャンによるスキャン面が穿刺ターゲットＩＴ（図８に図示）を含む時に報知を行なうことができる。

第３実施形態に係る超音波診断装置１Ｂによると、いずれかの振動子セットによるスキャン面に現れていた穿刺ターゲットを、切り替え後の他の振動子セットによるスキャン面に現すことができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１〜１Ｂ 超音波診断装置
１１〜１１Ｂ 超音波プローブ
１２ 装置本体
２１ ハンドル部
２１ａ 切り替えスイッチ
２２〜２２Ｂ プローブ本体
２２ａ，２２ｊ 第１振動子セット
２２ｂ，２２ｋ 第２振動子セット
２２ｃ 回転支持体
２２ｄ 回動軸
２２ｅ，２２ｌ 回転駆動部
２２ｆ，２２ｍ 音響窓
２２ｇ 信号線
２２ｈ 溶液層
２４，２４Ａ 穿刺アダプタ

Claims (13)

1. 超音波プローブの軸の平行方向に複数の振動子が配置された第１振動子セットと、前記軸に略直交する面上に複数の振動子が配置された第２振動子セットと、前記第１振動子セット及び前記第２振動子セットを支持する筐体を前記軸を中心として回動させるためのハンドル部と、を備えた超音波プローブと、
   前記超音波プローブを介してスキャンを実行し、超音波画像を生成する画像生成手段と、
   前記超音波画像を表示部に表示させる表示手段と、
   前記第２振動子セットによるスキャンで生成された超音波画像上に穿刺ターゲットの位置が設定されると、前記穿刺ターゲットの位置に基づいて、前記第１振動子セットによるスキャンによるスキャン面が前記穿刺ターゲットを含む場合の目標回動角を算出し、前記超音波プローブの回動角が前記目標回動角に略一致する場合に報知を行なう報知手段と、
   を有する超音波診断装置。
2. 前記超音波プローブに備えられる前記第１振動子セット及び前記第２振動子セットによるスキャン方式が異なる請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記超音波プローブに備えられる前記第１振動子セットの前記複数の振動子は、前記スキャン方式がリニアスキャンとなるように配置されたリニアアレイであり、
   前記超音波プローブに備えられる前記第２振動子セットの前記複数の振動子は、前記スキャン方式がコンベックススキャンとなるように配置されたコンベックスアレイである請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記超音波プローブに備えられる前記第１振動子セット及び前記第２振動子セットの各々の前記軸の方向の中心位置が異なる構造を有する請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記超音波プローブに備えられる前記第１振動子セット及び前記第２振動子セットによるスキャン方式が異なり、
   前記第１振動子セット及び前記第２振動子セットの各々の前記軸の方向の中心位置が異なる構造を有する請求項１に記載の超音波診断装置。
6. 前記超音波プローブに備えられる前記第１振動子セット及び前記第２振動子セットは、前記筐体に覆われており、前記筐体の内部に液体又は流動性物体が充填されている請求項１に記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波プローブに備えられる前記第２振動子セットは、前記軸の平行方向に平行移動可能な構造を有する請求項１に記載の超音波診断装置。
8. 前記超音波プローブに備えられる前記第１振動子セット及び前記第２振動子セットの回動半径は、前記第２振動子セットの曲率半径と略一致する構造を有する請求項１に記載の超音波診断装置。
9. 前記超音波プローブは、直腸から挿入される用途の体腔内用の超音波プローブである請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
10. 前記超音波プローブに備えられる前記第２振動子セットは、前記軸に略直交する面上であって、前記軸を中心とする円周上に前記複数の振動子が配置され、体腔内の超音波画像を収集可能である請求項９に記載の超音波診断装置。
11. 前記報知手段は、前記コンベックススキャンによる超音波画像上に設定された穿刺ターゲットの空間的な位置から、前記リニアスキャンによるスキャン面が前記穿刺ターゲットを含む場合の回動角を前記目標回動角として算出する請求項３に記載の超音波診断装置。
12. 前記超音波プローブに取り付けられる複数のセンサをさらに有し、
    前記報知手段は、前記複数のセンサに対応する複数の位置情報に基づいて、前記超音波プローブの回動角を求める請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
13. 前記報知手段は、
    前記複数のセンサに対応する前記複数の位置情報に基づいて、前記超音波プローブの回動角に加えて、前記超音波プローブの位置と前記超音波プローブの軸の向きとを求め、
    前記超音波プローブの回動角と、前記超音波プローブの位置と、前記超音波プローブの軸の向きと、前記目標回動角とに基づいて報知を行う、
    請求項１２に記載の超音波診断装置。

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